(57)【要約】【課題】フラッディングの防止または抑制と高い発電性能の維持とを両立させる。【解決手段】燃料ガス供給マニホールド１２から第１の燃料ガス中間マニホールド１４へ連通する第１の燃料ガス流路１３と、第２の燃料ガス中間マニホールド１６から燃料ガス排出マニホールド１８へ連通する第２の燃料ガス流路１７と、が単セル１０の同一面側に形成された燃料電池スタック５０と、第１の燃料ガス中間マニホールド１４から燃料電池スタック５０の外部に備えられた湿度調整手段６０ａを経由して第２の燃料ガス中間マニホールド１６へ連通する第３の燃料ガス流路１５ａ，１５ｂと、を備える。燃料ガスに替えて酸化ガスを流通させることも好適である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応ガス供給マニホールド、反応ガス排出マニホールド、第１の反応ガス中間マニホールドおよび第２の反応ガス中間マニホールドを有する単セルを積層させるとともに、前記反応ガス供給マニホールドから前記第１の反応ガス中間マニホールドへ連通する第１の反応ガス流路と、前記第２の反応ガス中間マニホールドから前記反応ガス排出マニホールドへ連通する第２の反応ガス流路と、が前記単セルの同一面側に形成された燃料電池スタックと、
前記第１の反応ガス中間マニホールドから前記燃料電池スタックの外部に備えられた湿度調整手段を経由して前記第２の反応ガス中間マニホールドへ連通する第３の反応ガス流路と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
前記反応ガスは、燃料ガスであることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
前記反応ガスは、酸化ガスであることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、
前記単セルの反応領域における、前記第１の反応ガス流路が形成された第１の反応領域の占有面積をＡとし、前記第２の反応ガス流路が形成された第２の反応領域の占有面積をＢとしたとき、
Ａ：Ｂが２：１から３：１の範囲にあることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、
前記湿度調整手段は、制御部と水凝縮器とを含み、
前記制御部は、前記水凝縮器から前記第２の反応ガス中間マニホールドへ流通させるガスの含水量を制御することを特徴とする燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加湿ガスを流通させる燃料電池システムに関し、特に、高湿度の加湿ガスを流通させる燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
環境問題や資源問題への対策の一つとして、酸素や空気等の酸化性ガスと、水素やメタン等の還元性ガス（燃料ガス）あるいはメタノール等の液体燃料等とを原料として電気化学反応により化学エネルギーを電気エネルギーに変換して発電する燃料電池が注目されている。燃料電池は一般に、電解質膜の一方の面に燃料極（アノード触媒層）と、もう一方の面に空気極（カソード触媒層）とを電解質膜を挟んで対向するように設け、電解質膜を挟持した各触媒層の外側に拡散層をさらに設けた、膜−電極接合体（ＭＥＡ）を、原料供給用の流路を設けたセパレータで挟んだ構造を１単位とするいわゆる単セルを有している。通常の燃料電池システムにおいては、この単セルを積層させて所望の電力が得られるようにした燃料電池スタックを使用し、各触媒層に水素、酸素等の原料を供給して発電する。
【０００３】
燃料電池の発電時には、燃料極に供給する原料を水素ガス、空気極に供給する原料を空気とした場合、燃料極において、水素ガスから水素イオンと電子とが発生する。電子は外部端子から外部回路を通じて空気極に到達する。空気極において、供給される空気中の酸素と、電解質膜を通過した水素イオンと、外部回路を通じて空気極に到達した電子により、水が生成する。このように燃料極及び空気極において化学反応が起こり、電荷が発生して電池として機能することになる。この燃料電池は、発電に使用される原料のガスや液体燃料が豊富に存在すること、また、その発電原理より排出される物質が水であること等から、クリーンなエネルギー源として様々な検討がされている。
【０００４】
ここで、燃料電池単セルにおけるＭＥＡの一方面側に形成された第１のガス流路を水素ガスが流通し、ＭＥＡの他方面側に形成された第２のガス流路を空気が流通する場合について考える。燃料電池セル内に供給された水素ガス及び空気は、ＭＥＡを挟んでそれぞれが反応し、次第に消費されていく。このため、ガスの流速やセル内の温度によってはガス流路の上流部側から下流部側に進むにつれて、特にガス流路の下流部側においては、反応ガスの濃度が低下し、発電性能に不均一が生じる場合がある。
【０００５】
また、特許文献１には、燃料電池用ガスセパレータをその厚み方向に貫通する２つの孔構造と、該２つの孔構造を前記燃料電池用ガスセパレータの一方の面の上で連通させる凹部とからなる単セル内流路形成部を、それぞれ独立して互いに連通することなく、前記燃料電池用ガスセパレータの前記面側において複数形成し、前記燃料電池用ガスセパレータを積層して燃料電池を構成する際には、前記単セル内流路形成部によって前記ガス流路を形成することを特徴とする燃料電池用ガスセパレータについて記載されている。
【０００６】
特許文献２には、燃料電池に供給するガスの流量が不均一となって電池性能が低下してしまうことを防止するために、単セルを複数積層してなり、各単セルにおいてガスを利用した電気化学反応によって起電力を得る燃料電池であって、前記各単セル内にそれぞれ連続して設けられ、前記ガスを通過させて該ガスを前記各単セル内に行き渡らせるための単セル内ガス流路と、前記燃料電池の外部から流入される前記ガスを分配して、それぞれの前記単セル内ガス流路に供給するガス供給マニホールドと、それぞれの前記単セル内ガス流路から排出される前記ガスを集めて、前記燃料電池の外部に流出させるガス排出マニホールドと、前記単セルの積層方向に、前記各単セル内ガス流路をそれぞれ貫通して、前記各単セル内ガス流路間の前記ガスの行き来を可能にする配流マニホールドとを備える燃料電池について記載されている。
【０００７】
ところで、燃料電池の反応においては、前述のように水が生成するため、ガス流路の下流部における反応ガスの分率がさらに低下することに繋がるばかりでなく、過剰な水分によるフラッディングの発生にも繋がるおそれがある。しかしながら、特許文献１または２に記載された燃料電池用セパレータまたは燃料電池においては、ガス流路中における過剰な水分の除去についての考慮がなされていない。
【０００８】
特許文献３には、燃料電池内を通過するガス中の水分量を調節するために、電解質層と電極およびガスセパレータを含む部材を積層して成るスタックによって構成され、ガスの供給を受けて電気化学反応により起電力を得る燃料電池であって、前記スタック内を該スタックの積層方向に貫通して形成され、前記ガスが通過する複数のガスマニホールドと、前記複数のガスマニホールドのうち、隣り合って形成されたガスマニホールド間に配設される多孔質体を備え、該多孔質体を介して、含有する水蒸気量の多いガスから含有する水蒸気量の少ないガスへと水分の移動を許容する水分授受部とを備える燃料電池について記載されている。
【０００９】
しかしながら、特許文献３に記載されたような構成においては、フラッディングを防止することや、電解質膜の乾燥を防止することは条件によっては可能な場合もあるが、ガスそのものの温度や湿度及び運転条件に依存してしまうため、所望の湿度に制御することは困難である。
【００１０】
特許文献４には、燃料及び酸化剤を供給し発電する燃料電池において、燃料極側或は酸化剤極側の少なくとも一方の流路の、供給口から排出口までの経路中に、燃料又は酸化剤の温度を調節するための温度調節手段または湿度調節手段が少なくとも１箇所設けられていることを特徴とする燃料電池について記載されている。
【００１１】
しかしながら、特許文献４に記載されたような燃料電池においては、セパレータの流路構造やスタックの形状などが複雑であるために、成形が困難となるおそれがある。
【００１２】
さらに特許文献５には、低負荷運転時に凝縮水や生成水によるフラッディングを解消し、かつ高負荷時の圧力損失の上昇を抑制し、高効率で安定した運転が可能となるように、セパレータの面内に独立した入り口側および出口側マニホールド孔を有する複数の独立したガス流路を形成し、これらを直列あるいは並列に接続し、上流側ガス流路の出口側マニホールド孔と下流側ガス流路の入り口側マニホールド孔とをセパレータの外部に設けた配管により接続して、前記複数の独立したガス流路を直列に接続する手段を有するとともに、前記上流側ガス流路の出口側マニホールド孔と下流側ガス流路の入り口側マニホールド孔との接続部分にミストトラップを備えることを特徴とする高分子電解質型燃料電池について記載されている。
【００１３】
【特許文献１】特開２０００−１２０５１号公報
【特許文献２】特開２０００−８２４８２号公報
【特許文献３】特開２００５−９３２３０号公報
【特許文献４】特開２００３−１５１５８４号公報
【特許文献５】特開２００４−３１９１６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、特許文献５に記載された燃料電池においてもなお、ガス流路を所望の湿度に設定することは困難である。燃料電池システムにおいて、電極部全体にわたり好適な発電性能を獲得するためには、流通させる反応ガスの含水量を、燃料電池の作動温度における飽和水蒸気圧に限りなく近い、露点付近における水分制御が必要であるが、特許文献１〜５に記載されているような燃料電池の構成では不十分である。
【００１５】
本発明は、同一セル面内における発電性能をより均一に保ちつつ、ガス流路における湿度を所望な状態に制御することの可能な燃料電池システムを提供することを目的とする。
【００１６】
本発明の他の目的は、複雑な構成を要することなく、高い発電性能の維持と、フラッディングの防止または抑制との両方を同時に図ることの出来る燃料電池システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の構成は以下のとおりである。
【００１８】
（１）反応ガス供給マニホールド、反応ガス排出マニホールド、第１の反応ガス中間マニホールドおよび第２の反応ガス中間マニホールドを有する単セルを積層させるとともに、前記反応ガス供給マニホールドから前記第１の反応ガス中間マニホールドへ連通する第１の反応ガス流路と、前記第２の反応ガス中間マニホールドから前記反応ガス排出マニホールドへ連通する第２の反応ガス流路と、が前記単セルの同一面側に形成された燃料電池スタックと、前記第１の反応ガス中間マニホールドから前記燃料電池スタックの外部に備えられた湿度調整手段を経由して前記第２の反応ガス中間マニホールドへ連通する第３の反応ガス流路と、を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【００１９】
（２）上記（１）に記載の燃料電池システムにおいて、前記反応ガスは、燃料ガスであることを特徴とする燃料電池システム。
【００２０】
（３）上記（１）に記載の燃料電池システムにおいて、前記反応ガスは、酸化ガスであることを特徴とする燃料電池システム。
【００２１】
（４）上記（１）から（３）のいずれか１つに記載の燃料電池システムにおいて、前記単セルの反応領域における、前記第１の反応ガス流路が形成された第１の反応領域の占有面積をＡとし、前記第２の反応ガス流路が形成された第２の反応領域の占有面積をＢとしたとき、Ａ：Ｂが２：１から３：１の範囲にあることを特徴とする燃料電池システム。
【００２２】
（５）上記（１）から（４）のいずれか１つに記載の燃料電池システムにおいて、前記湿度調整手段は、制御部と水凝縮器とを含み、前記制御部は、前記水凝縮器から前記第２の反応ガス中間マニホールドへ流通させるガスの含水量を制御することを特徴とする燃料電池システム。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、フラッディングの防止または抑制だけでなく、電極全体にわたる高い発電性能の維持をも両立させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
【００２５】
図１，２は、本発明の実施の形態における燃料電池システムの構成の概略を示したものである。図１については反応ガスとして燃料ガスの流通を、図２については酸化ガスの流通を主として示したものである。つまり、図１および図２は同一の燃料電池システム１００について、単に視点を変えて示したものであるが、例えば、冷却水流路およびＭＥＡなどについては図示せずに単に説明のみにとどめた。
【００２６】
本実施の形態における燃料電池システム１００は、燃料電池セル（単セル）１０を複数枚積層させた燃料電池スタック５０と、燃料電池スタック５０の外部に設けられた湿度制御手段６０ａ，６０ｂ，６０ｃ（６０ａは図１にのみ図示、６０ｂ，６０ｃは図２にのみ図示）とを備えている。また燃料電池セル１０には、その周縁部近傍において複数の開口が貫通している。このような燃料電池セル１０を積層させて燃料電池スタック５０とした場合には、これら複数の開口が独立したマニホールドとしてそれぞれ機能するように構成されている。
【００２７】
図１において、燃料電池セル１０には、その周縁部近傍に燃料ガス供給マニホールド１２、第１の燃料ガス中間マニホールド１４、第２の燃料ガス中間マニホールド１６および燃料ガス排出マニホールド１８がそれぞれ開口しており、独立して機能するように構成されている。燃料ガス供給マニホールド１２には、燃料電池スタック５０の外部に備えられた図示しない燃料ガス源から純水素ガスまたは改質ガスなどの燃料ガスが供給可能な構成となっている。
【００２８】
また、燃料ガス供給マニホールド１２は、第１の燃料ガス流路１３を介して第１の燃料ガス中間マニホールド１４と連通している。一方、第２の燃料ガス中間マニホールド１６は、第２の燃料ガス流路１７を介して燃料ガス排出マニホールド１８と連通している。これらの燃料ガス流路１３，１７は、所望の流路形状となるように凹凸が成形されたセパレータまたは樹脂フレームとＭＥＡとを積層させることにより、図１に示すように燃料電池セル１０の同一面側に並行して形成される。
【００２９】
第１の燃料ガス中間マニホールド１４と第２の燃料ガス中間マニホールド１６は、燃料電池スタック５０の外部に備えられた湿度調整手段６０ａ内の水凝縮器６２に接続された第３の燃料ガス流路１５ａ，１５ｂを介して連通している。また湿度調整手段６０ａは、水凝縮器６２のほかに制御部６４を含み構成されている。水凝縮器６２は、制御部６４によりその運転が制御されており、第３の燃料ガス流路１５ｂを介し第２の燃料ガス中間マニホールド１６に流通させる燃料ガスの湿度を調整する。制御部６４では、図示しないセンサ等により、得られた燃料ガス中の水素ガス濃度や水分量その他の情報に基づいて第２の燃料ガス流路１７に送るべき燃料ガスの水分量を決定し、水凝縮器６２の運転条件を制御する。
【００３０】
次に、燃料ガスの流れについて説明する。燃料ガス源から燃料ガス供給マニホールド１２に供給された高湿度の燃料ガスは、燃料電池セル１０それぞれの第１の燃料ガス流路１３に導入され、第１の反応領域Ｘにおいて燃料ガスに含まれる水素および水分の一部が消費された後、第１の燃料ガス中間マニホールド１４に送られる。このとき、燃料ガス中に含まれる水素濃度は、一般に燃料ガス供給マニホールド１２に供給された当初の燃料ガス中に含まれる水素濃度と比較して大きく低下しており、それに伴って燃料ガス中に含まれる水分濃度（水蒸気濃度）は、相対的に上昇した状態となっている。
【００３１】
第１の燃料ガス中間マニホールド１４に送られた燃料ガスは、第３の燃料ガス流路１５ａを経由して水凝縮器６２に送られる。水凝縮器６２に送られた燃料ガスは、ガス中に含まれていた余剰な水分が凝縮により除かれ、所望な含水量に調整された燃料ガスが第３の燃料ガス流路１５ｂを経由して第２の燃料ガス中間マニホールド１６に送られる。
【００３２】
第２の燃料ガス中間マニホールド１６に送られた燃料ガスは、第２の燃料ガス流路１７に導入され、第２の反応領域Ｙにおいて燃料ガスに含まれる水素および水分が消費された後、燃料ガス排出マニホールド１８に送られ、燃料電池スタック５０の外部に排出される。このとき、予め水凝縮器６２により燃料ガスの水分量が調整されているため、フラッディング発生が抑制されているばかりでなく、水素ガスの消費効率が高まり、燃料ガス排出マニホールド１８から排出されるガス中の水素濃度を低減することが可能となる。さらに必要に応じて燃料ガスの流速をも制御しておくことにより、燃料電池セル１０の前面にわたり均一かつ高効率で安定した運転が可能となる。
【００３３】
図１に示した水凝縮器６２による燃料ガス中の水分量の調整手法について、一例を挙げて説明する。図３に示すように、水凝縮器６２の内部には、熱交換ライン６３が備えられている。熱交換ライン６３は、ここでは図示しない制御部により制御され、水凝縮器６２の内部温度が設定された所定の温度となるように調節される。このとき調節される水凝縮器６２の内部温度は、一般に燃料電池スタック５０内の温度よりも低い。一方、第３の燃料ガス流路１５ａを経由して水凝縮器６２に送られた燃料ガスは、水凝縮器の内部温度に基づいて温度が低下する。このため、水凝縮器６２に導入された燃料ガスが、この内部温度を露点とする飽和水蒸気圧量を超える水分を含有している場合には、この余剰な水分を凝縮させ燃料ガスから除去する。このようにして、図１に示す湿度調整手段６０ａは、導入された燃料ガスを所望な水分量となるように調整する。
【００３４】
図２は空気などの酸化ガス（含酸素ガス）の流れに着目して示したものである。図２に示す燃料電池システムは、図１に示した燃料電池システム１００を矢印Ａの方向から示した図である。
【００３５】
図２において、燃料電池セル１０には、その周縁部近傍に酸化ガス供給マニホールド２２ａ，２２ｂ、第１の酸化ガス中間マニホールド２４ａ，２４ｂ、第２の酸化ガス中間マニホールド２６ａ，２６ｂおよび酸化ガス排出マニホールド２８ａ，２８ｂがそれぞれ開口しており、独立して機能するように構成されている。酸化ガス供給マニホールド２２ａ，２２ｂには、燃料電池スタック５０の外部に備えられた図示しないエアコンプレッサまたはガスボンベ等を含む酸化ガス源により少なくとも酸素を含む酸化ガスがそれぞれ供給可能な構成となっている。つまり、本実施の形態においては、１枚の単セル面内に同様の構成を有する２つの酸化ガス流路が並列した構成を有している。このため、以下の説明においては、一方の酸化ガス流路についてのみの説明にとどめ、他方の酸化ガス流路については、一方の酸化ガス流路の部材を示す符号の後に、対応する部材の符号を括弧内に示した。
【００３６】
酸化ガス供給マニホールド２２ａ（２２ｂ）は、第１の酸化ガス流路２３ａ（２３ｂ）を介して第１の酸化ガス中間マニホールド２４ａ（２４ｂ）と連通している。一方、第２の酸化ガス中間マニホールド２６ａ（２６ｂ）は、第２の酸化ガス流路２７ａ（２７ｂ）を介して酸化ガス排出マニホールド２８ａ（２８ｂ）と連通している。酸化ガス流路２３ａ，２３ｂ，２７ａおよび２７ｂは、それぞれ所望の流路形状となるように凹凸が成形されたセパレータまたは樹脂フレームとＭＥＡとを積層させることにより、図２に示すように燃料電池セル１０の同一面側に並行して形成される。
【００３７】
第１の酸化ガス中間マニホールド２４ａ（２４ｂ）と第２の酸化ガス中間マニホールド１６ａ（１６ｂ）は、燃料電池スタック５０の外部に備えられた湿度調整手段６０ｂ（６０ｃ）内の図示しない水凝縮器に接続された第３の酸化ガス流路２５ａ，２５ｂ（２５ｃ，２５ｄ）を介して連通している。また湿度調整手段６０ｂ、６０ｃは、水凝縮器のほかに図示しない制御部をそれぞれ含み構成されている。水凝縮器は、制御部によりその運転が制御されており、第３の酸化ガス流路２５ｂ（２５ｄ）を介し第２の酸化ガス中間マニホールド２６ａ（２６ｂ）に流通させる燃料ガスの湿度を調整する。制御部では、図示しないセンサ等により、得られた酸化ガス中の水素ガス濃度や水分量その他の情報に基づいて第２の酸化ガス流路２７ａ（２７ｂ）に送るべき酸化ガスの水分量を決定し、水凝縮器の運転条件を制御する。
【００３８】
次に、酸化ガスの流れについて説明する。酸化ガス源から酸化ガス供給マニホールド２２ａ（２２ｂ）に供給された酸化ガスは、燃料電池セル１０それぞれの第１の酸化ガス流路２３ａ（２３ｂ）に導入され、第１の反応領域ｘ１（ｘ２）において酸化ガスに含まれる酸素の一部が消費された後、第１の酸化ガス中間マニホールド２４ａ（２４ｂ）に送られる。このとき、酸化ガス中に含まれる酸素濃度は、一般に酸化ガス供給マニホールド２２ａ（２２ｂ）に供給された当初の酸化ガス中に含まれる酸素濃度と比較して低下し、また燃料電池の反応により生成した水または水蒸気も流入しているため、それに伴って酸化ガス中に含まれる水分濃度（水蒸気濃度）は、相対的に上昇した状態となっている。
【００３９】
第１の酸化ガス中間マニホールド２４ａ（２４ｂ）に送られた酸化ガスは、第３の酸化ガス流路２５ａ（２５ｃ）を経由して湿度調整手段６０ｂ（６０ｃ）内の図示しない水凝縮器に送られる。水凝縮器に送られた酸化ガスは、ガス中に含まれていた余剰な水分が凝縮により除かれ、所望な含水量に調整された酸化ガスが第３の酸化ガス流路２５ｂ（２５ｄ）を経由して第２の酸化ガス中間マニホールド２６ａ（２６ｂ）に送られる。
【００４０】
第２の酸化ガス中間マニホールド２６ａ（２６ｂ）に送られた酸化ガスは、第２の酸化ガス流路２７ａ（２７ｂ）に導入され、第２の反応領域ｙ１（ｙ２）において酸化ガスに含まれる酸素および水分が消費された後、酸化ガス排出マニホールド２８ａ（２８ｂ）に送られ、燃料電池スタック５０の外部に排出される。このとき、予め水凝縮器により酸化ガス中の水分量が調整されているため、フラッディング発生が抑制されているばかりでなく、必要に応じて酸化ガスの流速をも制御しておくことにより反応効率が高まり、燃料電池セル１０の前面にわたり均一かつ高効率で安定した運転が可能となる。
【００４１】
本発明の実施の形態において、図１に示す第１の燃料ガス流路１３、第２の燃料ガス流路１７は、それぞれが独立して構成されている。すなわち第１の燃料ガス流路１３および燃料ガス排出マニホールド１８の形状は、その相互を流通する燃料ガスが途中で混入してしまう構成でなければいかなる形状であってもよく、例えばサーペンタイン形状やパラレル形状のような従来の流路形状についても好適に適用可能である。また、図１に示した第１の反応領域Ｘの占有面積をＡ、第２の反応領域Ｙの占有面積をＢとしたとき、少なくともＡ≧Ｂであることが好ましい。すなわち、面積比Ａ：Ｂは、１：１であっても構わないが、好ましくは２：１から３：１程度である。このように第１の反応領域の面積比を変化させて第２の反応領域Ｙの面積を小さくすることにより、反応ガス流路全体にわたる流速の維持が可能となる。
【００４２】
また、本発明の実施の形態において、図２に示す第１の酸化ガス流路２３ａ、２３ｂ、第２の酸化ガス流路２７ａ、２７ｂは、それぞれが独立して構成されている。すなわち第１の酸化ガス流路２３ａ、２３ｂおよび酸化ガス排出マニホールド２７ａ、２７ｂの形状は、それぞれを流通する酸化ガスが途中で混入してしまう構成でなければいかなる形状であってもよく、例えばサーペンタイン形状やパラレル形状のような従来の流路形状についても好適に適用可能である。また、図２に示した第１の反応領域ｘ１（ｘ２）の占有面積をａ１（ａ２）、第２の反応領域ｙ１（ｙ２）の占有面積をｂ１（ｂ２）としたとき、少なくともａ１≧ｂ１（ａ２≧ｂ２）であることが好ましい。すなわち、面積比ａ１：ｂ１（ａ２：ｂ２）は、１：１であっても構わないが、好ましくは２：１から３：１程度である。このような構成とすることにより、反応ガス流路全体にわたる流速を維持させることが可能となる。
【００４３】
また、本発明の実施の形態において、図１および図２に示した反応ガス流路の構成は、これらに限らない。つまり、図１に示した燃料ガスの流通経路に関しては、燃料ガス供給マニホールド１２から燃料ガス排出マニホールド１８に至る１経路が、図２に示した酸化ガスの流通経路に関しては、酸化ガス供給マニホールド２２ａから酸化ガス排出マニホールド２８ａに至る経路および酸化ガス供給マニホールド２２ａから酸化ガス排出マニホールド２８ｂに至る経路、の計２経路がそれぞれ構成されているが、いずれの反応ガスの流通経路に関しても同一数の経路としてもよい。例えば、燃料ガス経路を２経路としてもよく、また酸化ガス経路を１経路にしたり、３経路以上としたりすることも可能である。さらに、他の実施の形態として、同一の反応ガス経路を複数構成した場合において、それぞれの反応ガス経路を並列ではなく、直列にすることも可能である。
【００４４】
また、本発明の実施の形態において、各マニホールドの開口箇所は、図１または図２に示す場所に限らないことはいうまでもなく、いかなる場所に開口してもよい。図１に示す燃料ガス排出マニホールド１８と図２に示す酸化ガス供給マニホールド２２ａまたは２２ｂが近接していることが好ましいが、これに限らない。また、各マニホールドの形状についても図１および図２に示すものに限らない。反応ガスの流通経路は、このようにして形成された各マニホールドの形状や開口箇所に応じて好適に形成すればよい。
【００４５】
本発明の実施の形態において、図１に示した湿度調整手段６０ａおよび図２に示した湿度調整手段６０ｂ，６０ｃとしては、湿度調整が可能なものであればいかなるものを使用してもよいが、一例として水分交換型の加湿器を挙げることができる。
【００４６】
本発明の実施の形態において、図１に示した湿度調整手段６０ａに備えられた水凝縮器６２は、図３に例示した構成に限らず、制御部６４の制御により第２の燃料ガス中間マニホールド１６に供給する燃料ガスの含水量を調整することが可能な構成であればよく、いかなるものを用いてもよい。また、図２に示したように複数の反応ガス経路を有する場合には、図２に示したようにそれぞれの反応ガス経路ごとに湿度調整手段６０ｂ，６０ｃを備えることが好ましいが、場合によっては反応ガス経路の数より少ない、例えば１つの湿度調整手段によりそれぞれの反応ガス経路を流通する反応ガスの含水量を調整させることも好適である。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は、反応ガスとして加湿ガスを使用し、または反応ガス流路内において加湿ガスを生成するあらゆる燃料電池システムにおいて好適に利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施の形態における燃料電池システムの構成の概略を示した図であり、燃料ガスの流通に着目して示した図である。
【図２】図１に示す燃料電池システムにおいて、酸化ガスの流通に着目して示した図である。
【図３】図１に示す水凝縮器６２による燃料ガス中の水分量の調整手法の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０  燃料電池セル（単セル）、１２  燃料ガス供給マニホールド、１３  第１の燃料ガス流路、１４  第１の燃料ガス中間マニホールド、１５ａ，１５ｂ  第３の燃料ガス流路、１６  第２の燃料ガス中間マニホールド、１７  第２の燃料ガス流路、１８  燃料ガス排出マニホールド、２２ａ，２２ｂ  酸化ガス供給マニホールド、２３ａ，２３ｂ  第１の酸化ガス流路、２４ａ，２４ｂ  第１の酸化ガス中間マニホールド、２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ  第３の酸化ガス流路、２６ａ，２６ｂ  第２の酸化ガス中間マニホールド、２７ａ，２７ｂ  第２の酸化ガス流路、２８ａ，２８ｂ  酸化ガス排出マニホールド、５０  燃料電池スタック、６０ａ，６０ｂ，６０ｃ  湿度調整手段、６２  水凝縮器、６３  熱交換ライン、６４  制御部、１００  燃料電池システム。
【図１】
2007265743.tif 000003
【図２】
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【図３】
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